Las plantas liberan distintas mezclas de exudados de raíces en respuesta a las condiciones cambiantes, lo que influye en el microbioma rizosférico y el ciclo de nutrientes del suelo. El análisis de la correlación entre los compuestos de los exudados de las raíces que alivian el estrés y los microorganismos rizosféricos, revela una conexión significativa entre los microbios asociados a las plantas y los químicos exudados durante las condiciones de estrés. Por lo tanto, es crucial comprender los atributos estructurales y funcionales de los factores asociados a las raíces en relación con los cambios ambientales para modular el microbioma rizosférico.
Las plantas se ven muy afectadas por los cambios en su entorno, que pueden tener un impacto significativo en sus características físicas, funciones y supervivencia general. Para adaptarse a diferentes condiciones ambientales, las plantas emplean diversas estrategias que dependen principalmente de las raíces para absorber agua, minerales y nutrientes del suelo. El sistema de raíces de una planta juega un papel crucial en la detección y respuesta a los cambios en el medio ambiente, lo que lleva a modificaciones en su morfología y rasgos fisiológicos. Diferentes partes del sistema radicular son responsables de percibir y transmitir señales ambientales por toda la planta.
La punta de la raíz es particularmente importante para controlar y transmitir señales, ya que detecta los niveles de nutrientes en el suelo. La región por encima de la punta de la raíz, conocida como «zona de alargamiento», actúa como un centro para responder a estas señales y desencadenar respuestas radiculares apropiadas para adaptarse al entorno cambiante. Los exudados de las raíces proporcionan fuentes de energía y carbono en forma de aminoácidos, carbohidratos y azúcares que atraen microbios beneficiosos a la rizosfera. Estos microbios, como Pseudomonas, Azospirillum y Enterobacter, desempeñan un papel crucial en la adquisición de nutrientes y promueven el crecimiento de las plantas mediante el suministro de fósforo y nitrógeno. También ayudan en la solubilización de nutrientes y a reducir el estrés en las plantas.
Estudiar cómo cambian los exudados de las raíces y la diversidad microbiana rizosférica en diferentes especies de plantas bajo diversas condiciones de estrés abiótico podría ayudarnos a comprender cómo los metabolitos específicos secretados por las raíces interactúan con los microbios. Esto podría llevar a modificar las características de exudación de las raíces para promover la agricultura sostenible.
La composición del rizomicrobioma está muy influenciada por varios factores, como el genotipo de la planta, la etapa de desarrollo, el grado de domesticación y la arquitectura del sistema radicular y los patrones de exudación. Los estudios han demostrado que la población microbiana en la rizosfera, el área que rodea las raíces de las plantas, es menos diversa y rica en comparación con el suelo circundante. La rizosfera contiene una población microbiana selectiva que es atraída por exudados de raíces específicos liberados por la planta huésped. Por ejemplo, el suelo en la rizosfera de Agave lechuguilla difiere del suelo circundante, ya que el suelo rizosférico se enriquece con microbios copiotrópicos debido a su entorno rico en carbono. Sin embargo, los rizomicrobiomas no son completamente distintos de las poblaciones microbianas generales en el suelo circundante, lo que indica un efecto rizosférico débil. En la región rizosférica se observan cambios notables en la abundancia de ciertos microbios en comparación con el suelo circundante. Por ejemplo, la composición de las comunidades bacterianas en la rizosfera de Arabidopsis y Oryza sativa está menos diferenciada en comparación con el suelo circundante.
La disposición de las raíces de las plantas, conocida como arquitectura del sistema radicular (RSA), tiene un impacto significativo en la composición microbiana . Las plantas con sistemas de raíces flexibles exhiben cambios en sus patrones de ramificación y expansión, lo que les permite adaptarse a diferentes condiciones ambientales. Durante el estrés por sequía, por ejemplo, las plantas pueden desarrollar un sistema de raíces simplificado con menos raíces laterales y axiales, pero con una estructura más profunda.
Las diversas condiciones ambientales influyen en gran medida en la forma en que los microorganismos interactúan entre sí, y estas interacciones juegan un papel crucial en varios procesos importantes del suelo. Estos procesos incluyen mejorar la disponibilidad de nutrientes en el suelo, eliminar metales pesados, reducir la alteración del suelo, promover el crecimiento y la estabilidad de las raíces y facilitar el ciclo de nutrientes. Las rizobacterias desempeñan un papel beneficioso en la mejora de la tolerancia al estrés de las plantas al influir en la expresión de genes y metabolitos que responden al estrés en la planta huésped.
Las condiciones en las que crece una planta afectan su apariencia e influyen en la colección de microorganismos que viven en ella. La temperatura, las precipitaciones y los cambios estacionales tienen un mayor impacto en la estructura y función de los microorganismos de la planta en comparación con otros factores ambientales. La sequía, el calor y el estrés salino también influyen en la configuración de la relación entre las plantas y sus microorganismos. Cuando las plantas están bajo estrés, liberan exudados de raíces que atraen microorganismos útiles a las raíces. Las plantas manejan cuidadosamente sus microorganismos, dando la bienvenida a los beneficiosos y defendiéndose de los dañinos mediante interacciones positivas y negativas. Esta comunicación entre plantas y microorganismos mejora su capacidad para resistir desafíos. Los exudados de las raíces pueden cambiar las propiedades de la rizosfera, haciendo que los nutrientes del suelo estén más disponibles y promoviendo el crecimiento de las plantas.
La temperatura tiene un gran impacto en la fotosíntesis, la translocación y la respiración de las plantas, afectando la calidad y cantidad de exudados que liberan. Cuando las plantas se estresan por el calor, este cambia la composición de los exudados que liberan sus raíces y está muy relacionado con cierto tipo de bacterias. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la actividad microbiana y las raíces liberan C más lábil al suelo. Este aumento en la rizodeposición hace que las bacterias pasen de obtener carbono de la materia orgánica del suelo a carbono derivado de las plantas cuando hay suficiente agua y nutrientes. Las plantas de cítricos, por ejemplo, producen más ácido abscísico, ácido indolacético, ácido jasmónico, prolina y ácido salicílico cuando están sometidas a estrés por calor.
Los exudados de las plantas también contienen derivados del ácido benzoico, ácidos palmítico, compuestos fenólicos y ácido ftálico. Los ácidos benzoicos de los exudados de las raíces desempeñan un papel en las interacciones entre plantas y microorganismos. El malato, otro compuesto que se encuentra en los exudados de las raíces del maíz y la soya durante el estrés por calor, se ha relacionado con la atracción de microbios beneficiosos como Bacillus subtilis y Bacillus cereus, así como otras bacterias promotoras del crecimiento de las plantas que las ayudan a lidiar con el estrés.
Se ha descubierto que la presencia de Burkholderia phytofirmansen plantas de papa, ya sea que se cultiven in vitro o in vivo, mejora el desarrollo de brotes y raíces, así como la tuberización en condiciones de estrés por calor. Por otro lado, cuando Pseudomonas putida y otras bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB) colonizan las plantas, muestran niveles elevados de aminoácidos, clorofila, prolina, proteínas, almidón y azúcares. Además, estas plantas inoculadas exhiben niveles más bajos de superóxido dismutasa (SOD), ascorbato peroxidasa (APOX) y actividad catalasa en comparación con las plantas no inoculadas cuando se exponen a altas temperaturas.
La combinación de estreses abióticos y cómo afecta los patrones de exudación y el comportamiento microbiano aún no se comprende completamente, por lo que necesita más atención. Al explorar la región rizosférica utilizando técnicas metagenómicas y metabolómicas, permite desarrollar bioformulaciones sintéticas que mejoren la salud de las plantas y la resistencia al estrés. Comprender la compleja relación entre las plantas estresadas y su microbioma puede ayudarnos a lograr prácticas agrícolas sostenibles, garantizar la seguridad alimentaria y gestionar los ecosistemas de forma eficaz.